格力电器打造家电行业的智能制造示范工厂

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一

企业简介

    珠海格力电器股份有限公司是一家集研发、生产、销售、服务于一体的国际化家电企业，拥有格力、TOSOT、晶弘三大品牌，主营家用空调、中央空调、空气能热水器、手机、生活电器、冰箱等产品。公司总部位于珠海，拥有约8万名员工，在全球建有珠海、重庆、合肥、郑州、武汉、石家庄、芜湖、长沙、杭州、巴西、巴基斯坦等11大生产基地以及长沙、郑州、石家庄、芜湖、天津等5大再生资源基地，下辖凌达压缩机、格力电工、凯邦电机、新元电子、智能装备、精密模具等6大子公司。

    目前，公司获批建设“空调设备及系统运行节能国家重点实验室”，建有“国家节能环保制冷设备工程技术研究中心”和“国家认定企业技术中心”等2个国家级技术研究中心、1个国家级工业设计中心，内部建有10个研究院、1个机器人工程技术研究开发中心、52个研究所、727个先进实验室、10000多名科研人员，开发出超低温数码多联机组、高效离心式冷水机组、G-Matrik低频控制技术、超高效定速压缩机、1赫兹低频控制技术等共18项“国际领先”级技术，公司累计申请专利32850项，获得授权专利19346项。生产出20个大类、400个系列、12700多种规格的产品，远销160多个国家和地区，用户超过3亿。

图1 珠海格力电器股份有限公司

二

企业总体现状

    目前公司已经完成了智能制造新模式设计、各类协同平台搭建，主要模块功能已经上线使用，一些智能制造装备，如全自动管路成型一体化装备、空调外机全智能化线体、空调外机线、管路一体化、两器一个流、钣金自动冲压线等也已经投入生产使用。公司基本实现集团层面推广使用PLM研发设计平台、ERP系统、OA系统、MES系统、SCM系统、CRM系统。2017年开始实施APS系统。完成了集团层面的车间网络架构建设，实现车间现场有线网络100%覆盖，无线网络90%覆盖。已经完成建设长沙数字化工厂，总部各类智能样板线实施建设中。完成工艺仿真平台的搭建，打通设计——工艺——制造全流程数据，为后端智能制造提供实施的数据。

三

项目详细情况介绍

    1、项目背景介绍

    传统的单一的制造模式已经无法满足空调行业发展的需求，物料、计划、产供销、设计、工艺、制造等六大协同内容成为决定企业能否高效率、高品质、低成本的核心要素，需要紧紧围绕从设计、工艺到制造的核心业务，打通信息在横向各关键流程之间、纵向总部与全国各制造车间供应链、制造关键环节之间的微循环节点，实现企业设备信息的实时高效流动，提升网络化、异地化的协同制造能力和制造水平，打造具有柔性、智能、精细化生产能力的智能工厂。项目实施前，企业痛点如下：

•     工厂制造价值提升需数据驱动的虚拟工厂技术

•     产品设计与工艺仿真需全生命周期管理平台

•     制造现场的关键环节需实现工业互联

•     企业高效决策需数据分析与优化

    2、项目目标与实施原则

    本项目面向空调行业市场响应快、产品质量要求高、成本控制严的行业需求，结合空调行业总分结合的研发制造体系特点，建设一个智能制造管控平台，一个示范工厂、一批数据优化分析。具体工作包括：

    1）建设一个全面的空调行业智能制造管控平台：智能制造管控平台以“研发-仿真-制造”为主线，进行产品全生命周期的研发设计平台、数据并行联动的工艺仿真平台；制造现场工业互联的智能化制造平台，实现各个环节关键数据的实施循环和有效联动，为大数据分析提供数据来源。

    2）落地一个智能制造示范工厂，基于物联网的技术，面向制造关键环节提升工业现场的制造互联水平，建立钣金、喷涂、注塑、管路两器、控制器、机加、总装等一批数字化车间，再通过智能物流供应链串联，以形成系统化的智能制造示范工厂，达到提高能效、节省人力、降低成本和品质可控等目标，以带动空调行业产业结构的优化升级。

    3）优化分析一批数据，通过建设在研发设计仿真的数据共享机制、提升制造与质量环节的数据自动采集率、完善售后与运维服务的产品数据网络，建立各个环节的大数据使用模型，给公司的关键决策提供有效参考和指导。

   3、项目实施与应用情况详细介绍

    1）智能制造管控平台

    ①产品全生命周期的研发设计平台

    以项目为中心，建立一个PLM系统平台，进行统一的设计研发管理，实现对设计研发数据管理，项目管理，物料管理，产品管理，工艺管理，变更管理，需求管理等功能。通过流程驱动，集中管控、统一管理，显著提高了公司的整体工作效率和产品质量。

图2 产品全生命周期的研发设计平台

    ②数据并行联动的工艺仿真平台

    工艺仿真平台在MPMLink（工艺信息化版块）基础上，实现设计—工艺—制造的数据打通。对上接收设计平台的产品信息与数据，通过平台生成工艺设计方案通过信息化平台受控传递至下游制造平台，指导产品制造。基于平台可同步实现各工艺板块的并行设计及验证，并实时与前端设计平台、后端制造平台进行数据联动。

    工艺设计仿真平台的亮点：建立一体化的IT框架和数据平台，消除屏障实现协同及仿真，数据协同的动态工艺装配仿真体系，实现产品装配在三维产线的真实仿真。

图3 工艺仿真平台架构

    ③制造现场工业互联的智能化制造平台

    生产管理过程中，计划与资源管理以ERP为核心，制造现场以MES业务架构为核心，围绕两大平台的融合应用，格力电器开发了以ERP下达生产计划为依托，MES现场采集数据做拉动的制造信息协同管理平台。通过该平台的应用，将ERP的计划管理和MES的现场管理进行了深度融合。

图4 制造协同管理架构图

    平台的主要功能模块分为以下三个：

    a）通过齐套排产管理系统实现了生产计划与物流协同。

    格力电器应用自主开发的齐套检查系统，通过条码/RFID等物联网方式进行数据采集，排产前对生产订单的物流齐套情况进行检查，根据检查结果排产，不齐套不排产，避免缺料停线，保障生产过程顺畅运行。

图5 齐套排产运行逻辑图

    b）通过电子拣选系统(SAM)实现了配送计划与线边需求协同。

    电子拣选工作是在格力电器开发的SAM系统（订单调整管理系统）基础上运行的，根据公司的物料运输距离、物流方式、物流配送频率将每天划分为A、B、C、D四个时间段，并按照ERP系统订单计划量和工作日历将ERP里所有订单同步到四个时间段里，用来指导后续的拣选配送工作。

图6 生产订单分区切割示意图

    在物料标识的标准化管理方面采用了信息化物料配送看板与物联网技术相结合的方式。在物料配送的工装车上安装RFID标签，在各个配送站点安装RFID读写器进行位置确定。配送员将系统产生的物料配送看板粘贴到物料上与物料车进行关联，并根据配送看板上的信息将物料配送到需求车间使用，并通过跟踪物料车的实时动态了解监控每一批物料的实际配送情况，实现物流管理全过程信息监控。

    c）通过落地反冲系统实现了执行过程与账务管理协同。

    车间制造执行过程严格遵循定额领料的原则，借助信息化手段和工具，用成品的入库数量实时反冲生产物料的消耗数量，生产一台反冲一台，实现“物料与成品的一一对应”。并利用反冲异常数据及时暴露生产过程的物料管理问题，倒逼企业各生产组织环节开展内部管理改善。最后，再利用反冲系统反馈的数据对改善后的效果进行验证，以成品入库数量与消耗物料数量的“零差异”为目标，实现生产物料闭环管理，不断降低生产过程的物料损耗和浪费。通过落地反冲管理模式的推行，达成了以下过程控制：

•     严格按订单使用物料，为反冲数据准确提供基本保障；

•     成品入库实施MES扫描，实现物料反冲扣减；

•     实时反馈反冲数据，实现闭环管理。

    生产部借助物联网技术实时从系统中获得现场的反冲数据，组织各单位对各自产生的异常数据进行分析，找到导致数据异常的根本原因，并制定措施组织改善，再次应用反冲数据对各单位的改善效果进行检验，形成优化内部管理的闭环系统，生产过程的管理水平得以持续提升。

    通过系统暴露管理问题。物料闭环管理的整个执行过程可以概括为5个100%”的落地执行，即100%齐套排产、100%拣选配发物料、100%创建物流配送看板、100%按订单使用物料、100%反冲结算。

    在关键设备实现互联互通的基础上，形成了制造管理的大数据库，进一步提升制造现场工艺、质量、物流等环节的协同控制准确度和响应速度。自主研发了智能现场协同管理系统，系统构成分为以下四个部分：

图7 智能化现场协调管理系统

    a）车间数据采集系统

    车间数据采集系统是用来采集硬件设备状态信息以及生产过程中的生产数据信息。硬件设备状态信息主要包含设备状态信息(包括加工设备、线体、检测设备等)、机器人（上下料、AGV、码垛等）的运行状态信息，这些数据信息通过DNC网络反馈给车间服务器，实现数据的采集与存储。车间生产数据信息主要包含车间生产、物料以及质量数据，车间现场的生产、物料以及质量信息数据通过现场终端一体机+物联网技术（RFID、条码等）识别反馈，实现车间实时数据的采集。

图8 车间设备数据采集

    b）车间透明化及制造数据看板系统

    实现了对车间级制造数据进行实时化和透明化管理，其中的电子看板管理平台、手机看板管理平台，对车间机台布局、车间生产数据、车间物料动态、机台状态数据、整体计划达成等信息进行监控展示和统计分析，从而为生产决策提供更快速和直观的依据。

图9 车间透明化及制造数据看板

    2）智能制造示范工厂

图10 空调生产流程及车间智能化部署

    智能制造示范工厂包括虚拟工厂、智能厂区物流，智能车间三个部分。

    虚拟工厂即建立基于现场设备数据实时驱动的数字化虚拟工厂。

    智能厂区物流即从供应商送货开始至原材料仓库，然后通过厂区物流实现物料在仓库与车间、车间与车间的接驳流程直至生产线边。具体包括车辆引导与卸/送货调度系统、小件智能物流仓储配送系统、SMT车间的物料仓储与执行系统成套装备、智能AGV输送系统。

    智能车间即根据各个车间的工艺特点，实现各自特色的数字化车间。包括钣金车间：钣金自动冲压线、喷涂自动化生产线；注塑车间：注塑自动化生产线、自动喷漆线、自动丝印生产线；两器管路车间：弯管一体化线、弯管机机器人自动化线、两器单件流生产线；总装车间：RFID智能装配线、智能检测系统。

    ①数据驱动的虚拟工厂

    本项目中建立基于现场设备数据驱动的数字化虚拟工厂，建模按实际1:1完成，整体内容包含自主研发的格力工业机器人、空调行业成套专用智能装备、空调装配生产线、专用RFID智能传感器与控制装备、空调行业智能检测装备、智能物流与仓储装备、车间厂房等；数字化模型与虚拟监控通过实际车间进行状态的数据进行驱动，实现实现虚拟工厂与实际车间运动同步，且具有全生产线虚拟漫游功能，包含全车间漫游、单线体显示、单设备查看等。

图11 虚拟工厂系统构架

    ②智能厂区物流

    a）车辆引导与卸/送货调度系统

    结合基地厂区实现送货车辆物流进出厂区及车辆在厂区内的卸/送货规范化、有序化、智慧化为蓝图进行方案总体规划，基于充分利用厂区卸/送货位、库位、叉车等物流资源和缩短物料从供应商到线边仓时间的目标，建立RFID技术的送货车辆物流智能化信息管理整体平台，对接门禁管理系统、延伸至JIT系统，对接MES系统，对供应商发货、车辆进出厂区、车辆卸/收货管理、车辆卸/送货监控等实现全面管控，对厂区卸/送货点、车辆停放点实现人工干预和智能规则设定、根据厂内忙闲状况、高峰期情况、卸/送货占用情况进行调控和干预，对整体厂区车辆及卸/收货进行高效管理。

    本项目以物料入厂收料配送、以及成品下线、入库发货的核心业务为中心，包括供应链物料智能配送平台、成品物流发货平台两大系统。

图12 供应链物料卸货平台流程

    b）SMT智能仓储与分拣系统

    通过智能物料仓库、分拣机器人、自动入料机构结合物联网技术，组成智能化的成套装备，智能化、无人化地实现物料从仓库到生产线的存、拣、配、核、发等一系列流转动作，并通过与MES等系统集成，根据生产线实时需求，精准地实现物料自动下库并到达生产线，预防呆滞料，降低错料风险。通过实施，预期可以达到以下目标：

    SMT物料收、储、拣、配、发实现信息化与自动化；

    贴标、点料环节高度自动化、信息化，节省劳动力；

    降低物料人员劳动强度，不依赖人员经验；

    找料更高效、不易出错、执行效率高；

    无缝集成自动上下料机构系统，JIT模式按需供给物料，精确送达指定位置；

    实时进行物料盘存，实现物料精益化管理，呆滞料问题得到根本解决；

    盘状电子物料管理业务流程优化。

图13 智能料仓与传统作业模式的业务比较

    c）AGV输送系统

    物流线边仓作为车间物流的最后一公里，从规划布局、物流路线、配送方式等方面进行综合考虑，旨在推动精益生产的全面应用。

    线边仓的设置是与各对应分厂的生产紧密相连的，物料的存储位置更接近生产线边，这样在物料周转效率方面，与传统物料存储在物资库相比，周转效率提高40%；运力成本方面，节省用于物资转运分厂叉车成本30万元；操作流程方面，分厂人员领料效率提高；场地利用率方面，原存于物资库的物料现存于线边仓，节省了物资库的面积可租给第三方物流使用，而按照租给第三方的场地租赁费每月15㎡/元，可为公司每年创造15万元的效益。

    现在规划线边仓的主要存储物料为原材与预装物料，原材包含铜管、铝箔、钢卷、胶粒等，预装物料为各自分厂负责的预装部件所需物料，在生产拉动需求的前提下，线边仓可有效满足生产节拍。

图14 AGV精准配送至产线下料点

    d）钣金成品智能立库

    钣金立体仓储系统，实现钣金成品自动化、信息化的入库和出库管理。入库，以ERP等为中央指导系统，零件下线码垛后，对零件进行信息扫描，确定物料性质，直发性质物料通过AGV送至直发通道，直接出库，入库缓冲物料通过AGV送至入库平台，并与之自动对接，实现物料自动、快速、准确存储入库；出库，根据系统指令实现物料自动出库，并送至出库平台，实现按需按时均衡化出货；出库位置设置分拣区，分拣物料（余料）逆向重新入库；仓储系统包括托盘、工装回流装置；立体仓储通过WCS、WMS系统实现入库、出库的自动化、信息化、目视化。

图15 钣金成品立库

    e）两器智能立库

    珠海两器505库存量大，每需求约4万件，物料占用较大存储面积，且通道、临时棚区等；交叉输送物流量达300板/天，且靠人工找料、周转，作业效率低，包装成本浪费。规划《热交换器智能配送管理系统项目》将投入智能库，结合提升机、输送线、导航AGV，共1280个库位；实现两器505片区的自动化仓储、自动拣选管理、自动化垂直物流，提升库存管理、缩短齐套配送能力。项目实施后可减员28人，节省场地1200㎡，节约包材33万元/年。

图16 两器智能立库

    ③智能车间

    a）钣金车间智能化：钣金自动冲压线

    整个车间通过开卷剪板一个流、自动化数控生产、冲压自动换模系统、地下费料输送线的联合使用，极大压缩了钣金生产的人员需求，效率提升明显。

图17 钣金自动冲压线

    b）注塑车间智能化：注塑自动化生产线、自动喷漆线、自动丝印生产线

    注塑车间大量应用了机械手取件，通过单元化集中生产模式，实现了注塑机区域无人化生产；通过中央供料系统实现原材料的集中供应，减少车间物流和降低车间温度；所有关键设备通过车间物联网实现生产动作信号的实时数据采集。

图18 伺服式注塑机械手

    c）两器管路车间智能化：弯管一体化线、弯管机机器人自动化线、两器单件流生产线

    改变传统的离散型两器生产模型，将冲、穿、胀、烘、吹、码等工序通过自动化设备连接起来，形成一个流的生产模式。氦检方面取消现有的人工搬运环节，形成全流程自动化氦检线。

图19 管路成形一体化生产线

    d）总装车间智能化：RFID智能装配线、智能检测系统

    总装生产线在同行业应用的基础上，采用了集安检测试、密码烧写、运转测试工序于一体的高度集成、智能化的测试系统；通过RFID系统的应用，实现了无人化抽真空灌注、自动对接测试；与此同时机器人和简易自动化设备的应用，极大释放了重体力、简单重复岗位对人力资源的需要。

图20 自动对接灌注

    3）数据优化与分析

    ①设计与工艺数据

    与PLM系统紧密结合，保证产品数据的一致性、正确性和完整性；以二维、三维集成技术为核心，构建企业级数据管理平台，将设计、工艺、工程、分析与仿真、制造、质量等多种数据进行统一组织和经验传承，提升公司工艺设计水平和能力。

    ②制造与质量数据

    为解决公司在物流、生产制造和质量管理的问题，加强信息流的实时性，生产管理协同平台通过MES系统采集现场数据，及时获取生产过程管理数据，通过建立模型、数据演算等手段，对异常数据及时组织分析和改善，将经验形成相关理论再反向指导生产，并在实际应用中验证改善效果，形成优化内部管理的闭环系统。

    ③售后与运维数据

    通过分步建设与实施的方式，从专卖网点开始部署，逐步实现经销商核心数据的共享和实现渠道信息系统的统一化，打通渠道库存与销售数据，做到渠道销售和库存数据的实时可视。在空调设备上应用传感与物联网技术，实现空调产品的远程监控、报警、诊断、运维等功能，降低设备故障率和运维成本。

    4、效益分析

•     产品研制周期缩短30%

    设计研发平台的使用，新产品设计各模块实现并行设计。工艺信息化平台的使用实现设计—工艺—制造的数据打通，以及工艺设计模拟仿真技术的使用，产品研制周期缩短30%以上。

•     生产效率提升20%以上

    试点实施的作业单元中，同等产出量情况下，各版块通过自动化设备和智能控制系统的综合应用，降低生产作业人员需求，提高过程加工效率和稳定性，AGV调度系统，结合厂区物流调度系统控制，配套加工单元通过自动化加工设备、离散作业单元向成套作业单元升级、车间物联网监控等手段实现的效率提升，以分体机主力机型生产为例核算，与项目实施前相比，整体的生产效率提升20.7%。

•     产品不良品率降低20%以上

    样板生产线通过自动化装备的稳定流加工，设备连线自动化生产，物料防错、工序互锁工艺控制手段，设备物联网形成的质量追溯，质量管理可视化工具的应用，最终实现产品不良率下降的20%。

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